TC4钛合金表面冷喷涂制备CuNiIn涂层组织及其微动磨损性能研究

为推动冷喷涂技术在航空防护涂层领域的应用,采用氮气冷喷涂技术在TC4钛合金表面制备了CuNiIn涂层,使用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度计和微动磨损试验机对涂层宏/微观组织、显微硬度及微动磨损性能进行了分析。结果表明:越靠近基体,涂层致密性越好,整体涂层孔隙率约为2.8%,涂层微观组织较粉末原始组织有一定细化;涂层硬度值自基体向表面沿厚度方向有增大的趋势,靠近基体一侧硬度平均值为274 HV_2N,靠近表面的涂层硬度稳定在300 HV_2N左右;微动位移较小时,涂层失效机制主要是黏着磨损,磨损形貌为椭圆形,微动位移较大时,以磨粒磨损为主,磨损形貌接近圆形。     

原位自生WC-Cr_3C_2复相陶瓷增强铁基表面复合材料

采用激光熔覆协同燃烧合成表面涂层技术在铁基材料表面原位生成复相陶瓷涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等方法对涂层的物相组成、显微形貌、组织成分等进行了研究,结果表明涂层主要是由WC、Cr3C2、-σFeCr和Fe2W所组成的复相体系。界面形貌特征表明涂层与基体之间为冶金结合。硬度及摩擦磨损试验表明,涂层的硬度及耐磨性能明显高于基体材料。热震实验结果显示涂层与基体具有良好的结合力。     

V含量对磁控溅射CrAlVN涂层微观结构及力学和摩擦学性能的影响

采用磁控共溅射工艺在火炮身管PCrNi3Mo钢材料表面沉积了(Cr0.5Al0.5)1-xVxN(x=0%~10.6%,原子分数)涂层。利用电子探针显微分析仪(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对涂层的组成、微观形貌与相结构进行了表征,研究了V含量对涂层微观结构和形貌的影响。结果表明V的加入使得涂层中出现了CrVN新晶相,且随着V含量的增加CrVN特征峰越来越明显,晶粒簇尺寸减小,V元素起到了一定的细化晶粒簇作用。利用纳米压痕仪及摩擦试验机对涂层的硬度、弹性模量和摩擦系数进行了测试,研究了V含量对(Cr0.5Al0.5)1-xVxN涂层性能的影响。结果表明V含量在7.2%时涂层硬度和弹性模量达到最大值,分别为21.36GPa和297.8GPa;随着V含量的增加,涂层的摩擦系数逐渐减小,当V含量在10.6%时,涂层摩擦系数平均值为0.094,表现出良好的摩擦磨损性能。     

超音速等离子喷涂BaTiO3涂层的制备及表征

利用超音速等离子喷涂在调质45钢基体上制备了BaTiO3涂层,运用SEM、XRD、XPS等分析手段对所制备的涂层的组织形貌、物相成分及元素价态进行表征及分析;并利用显微硬度仪和纳米压痕仪对涂层的力学性能进行了表征。结果表明,BaTiO3涂层表面为灰白色,涂层光滑平整,孔隙率为0.8%;涂层为典型的层状结构,基体与BaTiO3涂层间的结合为机械结合,平均值为42MPa;纳米压痕仪测量涂层的表面硬度为7.065GPa,弹性模量为103.77GPa,显微硬度达到648.6HV0.1,涂层显示出优良的机械性能;XRD衍射结果显示主要成分为BaTiO3相,衍射峰的晶面指数为(101)、(111)和(200)。通过超音速等离子喷涂制备的涂层可以获得较好的综合性能。     

铝合金表面Ti-Al双丝超音速电弧喷涂涂层的组织与性能研究

利用SAS－1型超音速电弧喷涂设备和钛、铝丝在适当的工艺条件下，在LY12铝合金表面制成了钛铝合金复合涂层。并利用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、X射线能谱仪、电子探针等，对涂层的成分、相结构、显微结构、孔隙率及其结合强度、显微硬度和耐磨性进行了研究。结果表明，利用超音速电弧喷涂设备，可以在铝基表面形成低孔隙率小于2.8%，结合强度为29MPa，显微硬度HV0.2为631和干滑动磨损体积仅为LY12基体1／7的TiAl合金涂层。显微组织观察发现，涂层与基体间有冶金结合的迹象，组织结构分析表明，涂层由TiN（TiO)，Al,Ti,TiAl,Ti3Al等相组成。涂层的磨损机制可能以化合物等硬质相的剥落引起的磨粒磨损和氧化磨损为主。     

无氢DLC涂层的摩擦学性能

为了探究轮胎模具无氢类金刚石(DLC)涂层的摩擦学特性,增强轮胎模具的易脱模、防粘、自清洁性能以及提高轮胎质量与服役寿命,以轮胎模具常用的35钢为基体,利用电弧离子镀在基体试样上制备无氢DLC涂层,对涂层Raman光谱、表面粗糙度、表面微观形貌、纳米硬度、结合力和摩擦系数进行了分析,着重研究涂层摩擦前后表面微观形貌的变化以及摩擦磨损机理。结果表明:通过改变表面粗糙度可以有效降低涂层的摩擦系数,涂层摩擦系数随粗糙度减小而显著降低;在140℃高温条件下,摩擦系数最小低至0.363 4,且涂层纳米硬度可达32.45 GPa,弹性模量高达348.94 GPa。无氢DLC涂层完全满足轮胎模具减摩耐磨和自清洁性的使用要求,为制造高性能轮胎模具提供了一种可行的工艺选择。     

镀铜石墨/铜复合材料的组织和摩擦磨损性能

本实验以电解铜粉为基体,镀铜石墨为润滑相,采用放电等离子烧结技术(SPS)制备镀铜石墨/铜复合材料,研究了镀铜石墨含量对复合材料微观组织、硬度、孔隙率和摩擦磨损性能的影响。结果表明:镀铜石墨均匀分散在Cu基体中能细化晶粒、均匀组织,石墨表面镀铜层能够增强石墨与Cu基体的界面结合。当镀铜石墨含量超过4wt%,复合材料的硬度和孔隙率变化幅度明显增大。镀铜石墨具有细晶强化作用,能提升复合材料的硬度,其含量为4wt%时,复合材料的硬度达到最大值57.8HV,但镀铜石墨含量和孔隙率的共同作用使得复合材料的硬度呈先增大后减小的趋势。随着镀铜石墨含量增加,复合材料孔隙率逐渐增大,摩擦系数、磨损量逐渐减少,镀铜石墨含量为8wt%时,复合材料的摩擦系数、磨损量相比纯铜分别降低63.9%、96.3%。镀铜石墨作为润滑相紧密镶嵌在铜基体中,显著提高了复合材料的摩擦磨损性能。复合材料摩擦磨损机理主要为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损。     

超音速火焰喷涂NiCr-Cr_3C_2涂层的组织结构与摩擦学性能

为进一步提高超音速火焰喷涂NiCr-Cr_3C_2涂层的性能,采用超音速火焰喷涂技术在AISI1045钢基体上制备NiCr-Cr_3C_2涂层。采用扫描电镜、X射线衍射仪分析了涂层的形貌、相结构及化学成分;测试了涂层的显微硬度、弹性模量、结合强度等;采用摩擦磨损试验探究了涂层的摩擦学性能,得出了摩擦系数随时间的变化曲线及涂层的摩擦磨损机理。结果表明:超音速火焰喷涂NiCr-Cr_3C_2涂层晶体结构复杂,含有单晶、纳米晶,还含有少量非晶相,且涂层结构致密,孔隙率低,显微硬度为916 HV3 N,弹性模量为248.671 GPa,结合强度为63 MPa;在不同载荷条件下,涂层的摩擦系数随时间变化趋势大致相同,且载荷越大,摩擦系数越低,磨损体积越大;载荷为20 N时,涂层磨损机制表现为黏着磨损,载荷增大到60 N时,涂层磨损机制过渡到磨粒磨损。     

AlTiXN/AlTiN(X=Cr,Si)纳米多层涂层的制备及铣削性能研究

采用电弧离子镀技术在硬质合金基体和立式面铣刀上分别沉积了AlTiN、AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/AlTiN纳米多层涂层,采用扫描电子显微镜、X射线粉末衍射仪、能谱仪、纳米划痕、纳米压痕以及摩擦实验和切削实验等对AlTiN、AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/AlTiN纳米多层涂层的结构、力学性能、摩擦性能和切削性能进行分析。结果表明,上述涂层表面形貌均较平整、大颗粒数量较少,涂层截面均较为致密。AlTiN涂层的膜基结合力为47 N,AlTiCrN/AlTiN在极限载荷为49.79 N时出现大块剥落,而AlTiSiN/AlTiN涂层的膜基结合力较大,为53.76 N。AlTiN、AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/AlTiN涂层的硬度分别为24.9±3.42,26.24±2.36,32.74±4.21 GPa。在600℃高温摩擦磨损测试过程中,AlTiN涂层其磨损机制主要表现为磨粒磨损和氧化磨损,而AlTiCrN/AlTiN及AlTiSiN/AlTiN涂层磨损机制主要为粘着磨损和氧化磨损。涂层刀具铣削加工钛合金(Ti6Al4V)的寿命长短依次为AlTiNAlTiCrN/AlTiNAlTiSiN/AlTiN。AlTiN涂层刀具的磨损形式主要是粘着磨损氧化磨损,AlTiCrN/AlTiN涂层铣刀的磨损形式为磨粒磨损、粘着磨损及氧化磨损,AlTiSiN/AlTiN涂层的磨损形式为边界磨损、粘着磨损、氧化磨损。AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/AlTiN多层涂层的硬度和膜基结合力较高且具有较低的磨损率,使得涂层在切削过程中具有更长的切削寿命。     

Al含量对CrAlN涂层微观结构和力学性能的影响

采用不同Al含量的AlCr合金靶,在高速钢(M2)上通过直流反应磁控溅射的方式沉积不同的CrAlN涂层;分别用EDS、XRD、纳米压痕仪、高速往复摩擦磨损试验机和台阶仪测量出涂层的化学成分、物相组成、力学性能、磨损性能和磨损量,研究了不同Al含量对CrAlN涂层微观结构和力学性能的影响。XRD分析表明涂层主要为NaCl结构,纳米压痕仪测得力学性能随Al含量的提升先提高后降低,在Al含量为60%时获得最高硬度和弹性模量分别为36.8 GPa和459.5 GPa和最佳的磨损性能。磨损机制为磨料磨损和微动磨损。     

超音速火焰喷涂CoCrMoSi涂层的组织与性能

利用超音速火焰喷涂(HVOF)技术在连铸结晶器(CrZrCu合金)表面喷涂CoCrMoSi合金涂层,通过金相显微镜、扫描电镜考察涂层的微观组织,并利用显微硬度计、磨损试验机等研究了涂层的耐磨性能.结果表明:利用HVOF技术制备的CoCrMoSi涂层均匀致密,边界氧化物含量较少,孔隙率为2.83%,涂层平均硬度为840 HV,是基体材料的4倍以上;加载150 N、磨损3 min后,未喷涂试样表面为黏着磨损,磨屑体积为256.594 mm3,摩擦系数为0.802 7;已喷涂试样表面为磨粒磨损,磨屑体积为1.607 mm3,摩擦系数为0.612 5;由此可见,CoCrMoSi合金涂层提高了基体硬度,降低了摩擦系数,显著地改善了CrZrCu基体的耐磨性能.     

TA15钛合金表面原位合成TiC增强钛基激光熔覆层的组织与耐磨性EI北大核心CSCD

采用激光熔覆技术在TA15钛合金表面原位合成TiC增强钛基涂层。利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、能谱分析仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机等研究涂层的成形质量、微观组织、物相组成、硬度和摩擦学性能。结果表明:涂层主要由β-Ti,Co_(3)Ti,CrTi_(4)和TiC等物相组成,涂层与基体形成了良好的冶金结合。涂层结合区组织是平面晶和柱状晶,中部组织是树枝晶,顶部组织是等轴晶。涂层各微区的碳化钛形貌有显著差别,其中顶部和中部区域碳化钛为粗大的树枝状和花瓣状,而结合区为针状和近球状。涂层显微硬度最大值为715HV,约是TA15显微硬度(330HV)的2.1倍;同等条件下涂层磨损量为30.14 mg,约为TA15磨损量98.11 mg的30.7%。涂层与基体的磨损机制均为磨粒磨损和黏着磨损的复合磨损模式,但涂层的磨损程度较轻。     

超音速等离子喷涂WC-10Co4Cr涂层的力学性能及冲蚀磨损失效分析

为改善水轮机表面的抗冲蚀磨损性能,采用超音速等离子喷涂微米WC-10Co4Cr粉末制备碳化物金属陶瓷涂层。对涂层的显微硬度、孔隙率、结合强度、抗冲蚀性能进行了测试,通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征和分析了WC-10Co4Cr涂层的物相组成、微观组织结构,并探讨了涂层在含沙水流中的冲蚀磨损失效机制。结果表明:获得的WC-10Co4Cr涂层的孔隙率为0.5%,平均显微硬度达1 226HV0.2,结合强度为70MPa,涂层的抗冲蚀磨损性能是基体的2.46倍,可有效提高基体的抗冲蚀性能,在含沙水流作用下的冲蚀磨损失效以犁削和剥落磨损为主。     

不同碳化钨含量对等离子弧熔覆镍基碳化钨涂层组织及性能的影响

采用等离子弧粉末熔覆技术在Q345钢表面熔覆镍基碳化钨涂层,研究了粉末中不同碳化钨含量对镍基碳化钨熔覆层组织及性能的影响.借助光学显微镜、扫描电镜及X射线衍射仪分析镍基碳化钨熔覆层的组织形貌,用显微硬度计和摩擦磨损实验机分别测量镍基碳化钨熔覆层的硬度和耐磨性.结果表明:镍基碳化钨熔覆层与基层之间呈冶金结合,涂层表面无气孔缺陷.镍基碳化钨涂层组织主要由碳化钨颗粒和镍基粘结相构成,碳化钨是WC和W2 C,镍基粘结相中包含SiC、Cr23 C6 、Ni3 Si、γ-Ni等物相.随着粉末中碳化钨含量从15% (质量分数,下同)增加至50% ,熔覆涂层组织中硬质相数量增多,其硬度和耐磨性显著提高.当碳化钨含量为50%时,熔覆涂层硬度高达1 024HV10且耐磨性最好.     

爆炸喷涂AlCuFeSc准晶涂层的摩擦学性能研究

采用爆炸喷涂制备了AlCuFeSc准晶涂层,借助扫描电镜、X射线衍射对准晶涂层的微观及物相结构进行了表征,通过显微硬度计测试了准晶涂层的表面硬度,结果表明涂层与基体间结合良好,其中涂层主要由准晶相和β-AlFe组成,室温下涂层的表面硬度为569.4HV0.3,经退火处理后涂层硬度最高可达到658.33HV0.3。同时开展了在室温和700 ℃高温环境中,5、15、25 N不同载荷下AlCuFeSc准晶涂层的摩擦磨损性能研究,利用白光干涉仪对磨痕进行三维形貌观测并计算磨损的磨痕宽度、磨痕深度、体积损失,得出磨损率;采用SEM分析了不同实验条件下磨痕形貌的特征。结果表明,AlCuFeSc准晶涂层在不同温度及不同载荷下的耐磨系数在0.500~0.656之间(均低于基体),室温环境下准晶涂层的磨损机制随载荷增加从磨粒磨损为主转变为粘着磨损为主;高温环境下磨损机制则都以粘着磨损为主,准晶涂层对2A12基体具有良好的减摩耐磨功能。     

SHS-离心熔覆W-C-Fe金属陶瓷涂层的组织与耐磨性研究

以Fe2O3,WO3,Al,C为反应原料,采用SHS-离心法制备W-C-Fe内衬复合钢管.利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)分析了涂层的组织,用显微硬度仪测量内衬层硬度,并通过磨粒磨损试验测量了该涂层的耐磨性.结果表明,涂层组织包括主相Fe3W3C及少量的WC,W2C,Fe3C,Fe.涂层组织呈梯度分布,靠近基体处晶粒细小,远离基体处晶粒呈粗大树枝状.涂层硬度为13.5±1.6 GPa.涂层的主要磨损机制为显微切削.涂层的相对耐磨性是淬火45#钢的16倍以上.     

基体偏压对ZrN涂层微观结构及力学性能的影响

利用多弧离子镀技术通过改变基体偏压(-100,-150,-200 V)在SKD11模具钢基体上制备了一系列ZrN涂层。采用X射线衍射、扫描电镜、纳米压痕仪、划痕仪、摩擦磨损试验机和台阶仪等分析技术对涂层的结构、表面形貌、硬度、弹性模量、断裂韧性、结合力、摩擦磨损性能等进行表征,重点研究基体偏压对涂层微观结构和力学性能的影响。结果表明,在不同偏压条件下制备的涂层始终由ZrN相构成;随着基体偏压的升高,ZrN涂层生长的择优取向发生了改变,生长择优取向从低偏压下(-100 V)的(311)向(111)(-200 V)转变;硬度和结合力呈现先增后减的趋势,并在偏压为-150 V时达到最大值,分别为29.14 GPa和58 N;摩擦系数及磨损量均在偏压为-150 V时最低。     

爆炸喷涂Cr3C2-25NiCr涂层的微观结构及性能

为了使Cr_3C_2-NiCr涂层能够应用于水力机械表面,采用爆炸喷涂技术在0Cr13Ni4Mo不锈钢基材表面制备了Cr_3C_2-25NiCr涂层,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、金相分析仪、拉伸试验机、显微硬度计、摩擦磨损试验机、电化学工作站等手段研究分析了该涂层的微观形貌、孔隙率、结合强度、显微硬度、耐磨性能、耐蚀性能等。结果表明:爆炸喷涂Cr_3C_2-25NiCr涂层具有高致密结构,平均孔隙率仅为0. 76%,并且其结合强度高达82 MPa;涂层平均显微硬度为1 026 HV2 N,远高于基体;且在相同试验条件下,涂层的磨损量仅为基体的1/72;同时涂层还具有远高于基体的耐腐蚀性能。     

微弧氧化处理对钛铌合金力学及摩擦磨损性能的影响

采用微弧氧化的方法于磷酸盐电解液中在二元β型TiNbx(x=5,10,15,20,25)合金表面制备了微弧氧化涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)表征各合金表面微弧氧化涂层的物相组成和微观形貌。采用纳米压痕仪、球-盘摩擦磨损实验仪分析了微弧氧化处理对钛铌合金力学性能、耐磨性的影响。结果表明,通过微弧氧化处理可以有效的在各基体表面制备出氧化涂层,表面微孔数目及大小无明显差别,拥有相似的致密度,氧化涂层主要由TiO₂相组成。随着基体Nb含量的增加,各基体表面微弧氧化涂层的硬度值与弹性模量表现出相同的变化趋势,Ti-15Nb合金表面微弧氧化涂层的硬度值和弹性模量值最大。经过微弧氧化处理后,Ti-5Nb和Ti-15Nb表面摩擦系数与基体相近,并无减摩效果;Ti-10Nb、Ti-20Nb和Ti-25Nb表面摩擦系数下降了55%以上,主要磨损机制由磨粒磨损变为粘着磨损,改善了合金的耐磨性能。     

超音速火焰喷涂CoCrAlYTa-10%Al_2O_3涂层的组织与性能

采用超音速火焰(HVOF)喷涂技术在Q235钢基体上制备了CoCrAlYTa-10%Al_2O_3涂层,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计等研究了涂层的微观组织形貌、物相组成以及显微硬度。结果表明:涂层组织致密且分布均匀,孔隙率为0.44%;涂层主要由浅灰色钴基固溶体、深灰色铬基固溶体、白色球状富钽固溶体以及黑色Al_2O_3组成,其中Al_2O_3来自于喂料的原始组成和CoCrAlYTa合金中铝的氧化;涂层硬度为580630HV0.3,大约是Q235钢基体硬度(200HV0.3)的3倍,涂层具有良好的力学性能。